JPH077796A - 音響変換器 - Google Patents

音響変換器

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JPH077796A
JPH077796A JP5220313A JP22031393A JPH077796A JP H077796 A JPH077796 A JP H077796A JP 5220313 A JP5220313 A JP 5220313A JP 22031393 A JP22031393 A JP 22031393A JP H077796 A JPH077796 A JP H077796A
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JP
Japan
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plate
transducer
holes
region
transducer system
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Pending
Application number
JP5220313A
Other languages
English (en)
Inventor
Bogdan Cherek
ボグダン・チェレック
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Canada Ltd
Federal Industries Industrial Group Inc
Original Assignee
Federal Industries Industrial Group Inc
Milltronics Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Federal Industries Industrial Group Inc, Milltronics Ltd filed Critical Federal Industries Industrial Group Inc
Publication of JPH077796A publication Critical patent/JPH077796A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K13/00Cones, diaphragms, or the like, for emitting or receiving sound in general

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】極端な温度条件や、攻撃的な環境でも長い期間
良好な特性を維持できる簡単な構造で安価な指向性の音
響音域決めシステムで使用するための撓みモード音響変
換器システムを得る。 【構成】変換器の放射プレートに適切なリング状に配置
された穴を明ける事により、変換効率を落す事なく、Q
の値を最適にする手段で作り得るプレートが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス・エコーの音響
音域決めシステムで使用するための音響変換器、特に撓
みモード型の変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】普通に譲渡された米国特許第 4,333,028
号明細書(パントン氏(Panton))、1982年6月1日
登録、はパルス・エコー音響音域決めシステムで使用す
るのに適した撓みモード変換器を説明し、更に、197
8年11月の超音響工学に関する論文“ガス中での高出
力応用のための超音響変換器”で記述され、エコー音域
決めの応用での使用に対してそれらを不適切にする極め
て高いQの様な特性を有するものの様な従来の技術の撓
みモード変換器を解説する。パントン氏の変換器は、広
い範囲の応用で非常に上首尾であったが、安定した音響
特性を示し、極端な温度(高温或いは低温)及び/或い
は攻撃的な環境を含む応用で長い期間に亘って良い作動
を行う変換器プレートに応用される整合リングを形成す
るための材料を見付ける事が困難であるために、幾つか
の応用で問題が生じている。
【0003】これらの問題を満たすために、米国特許第
4,768,615号明細書(スタインブランナ氏(Steinebrunn
er) 他)では、低損失の結合手段を形成するリング間の
空気が大気に対してプレートの残りの領域を整合させる
と同時に、パントン氏によって使用された整合リングを
振動プレートの隣接する波腹領域からの放射をマスクす
る環状リングを形成する撓み振動プレートの正面の剛性
の有孔マスク・プレートで置き換えている。その様なマ
スク・プレートは、極端な温度及び攻撃的な環境に対し
て容易に抵抗し得るが、その構成は本来、隣接する波腹
領域からの放射の位相に整合させようとするパントン氏
の好ましい実施例の構成程効果的ではない、なぜならば
交互の波腹領域からの放射は失われる必要があり、また
リング間の空気による残りの領域の結合は音域決めパル
スの伝達に続く変換器の急速なリング・ダウン(ring-d
own )をもたらすのに十分低いシステムQを獲得するの
を困難にしている。更に、それは、変換器の作動に関し
て悪い影響を持ち、マスク・プレートと振動プレートと
の間にトラップされてくる粒子状材料に対向して適切に
処理する事が難しい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】パントン氏とスタイン
ブランナ氏他の変換器の両方に遭遇され得る、その経験
が示された実行上の困難を処理し、更に両方の長所を組
合わせつつ、従来の技術の設計の組立てよりもより簡単
なものの可能性を提供する、パルス・エコー音域決めの
応用で使用するための撓みモード変換器を提供すること
が、本発明の目的である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によると、ほぼシ
ステムの動作周波数でより高い撓みモードの共振を有す
る全体的に平らな放射プレートと、プレートよりも更に
ずっと小さい有効面積を持ち、それの波腹領域に結合さ
れる変換器要素とを具備する大まかに調整される指向性
変換器システムに於て、そのプレートの放射表面の交互
の波腹領域が、その様な各領域の面積のかなりの部分を
占める穴のリングを形成する事によってその様な領域の
放射面積をかなり減少させる様に改良されたシステムが
提供される。
【0006】好ましい構成では、ハウジングが変換器要
素のために提供され、変換器要素は円形プレートの中心
に結合され、ハウジングは消音材料で被覆され放射表面
の反対側の面の表面と背中合せになっているプレートの
後方表面が周囲を仲介しており、その中心は消音材料と
の如何なる機械的結合からも自由である。その様な自由
は、プレートと消音材料との間のプレートに対して粘着
性のないフォイルの、挿入物によって確保にされる事が
好ましい。
【0007】
【実施例】図1及び2を参照すると、変換器の全体的な
構成は、円形の平らな放射プレート2の正面の何等かの
ビーム形成構成要素がない事を除いて、上で考慮したパ
ントン氏とスタインブランナ氏他の特許で示された変換
器のものと大体類似している。円形プレート2は、その
後方表面の中心でねじ6とワッシャ7とによって軸方向
の駆動支柱4の一方の端部に固定され、駆動支柱6の他
方の端部は、伝導性詰め金(shim)12、14と第1及び第
2のより重い荷重ブロック16との間に挟まれ、一緒にま
た軸方向のボルト18によって支柱6に固着される、ジル
コン酸チタン酸鉛(lead zirconate titanate )の様な
圧電磁器の環状要素10を具備する変換器組立ての第1の
荷重ブロック8に連結される。変換器にエネルギーを与
えるのに使用される交流電位のパルスは、変換器ハウジ
ング22内でドーナツ型変圧器20の二次巻線から詰め金12
及び14を通って要素10へ印加され、変圧器の一次巻線
は、ハウジングの端部の穴を通り抜けるシールド・ケー
ブル24によってパルス・エコー変化装置に外側で連結さ
れる。交流電位の周波数は、プレート3の撓みモード共
振周波数か或いはそれに近いので、振動プレート内で一
連の交互の環状波節及び波腹の領域を生じさせる、更に
程度の高い撓みモードの振動を励起する。
【0008】変換器組立てはコルクの層26に包まれ、そ
れと変圧器20とは、変換器が受け得る運転温度に耐える
様に選択された僅かに弾性のある埋込み用樹脂28で後者
を充填する事によってハウジング22内に封止される。ハ
ウジング22は、プレート2の後方表面の後ろに延在する
円形フランジ30を有する。フランジ30は、より高い作業
温度に耐えるように選択されたコルク或いは何等かの代
りの材料の様な消音材料の層32で被覆され、その層は、
機械的結合10に対する損失或いは材料32による過度の吸
収を防ぐ様に働く薄い金属、或いは合成プラスチックの
音響を反射するシート或いはフォイル34によって被覆さ
れる。示された例では、プレート2の外周は、例えばエ
ラストマのシリコン樹脂の様な接着材料のビード36によ
ってフランジ30に接着され、プレート2への接着は、プ
レート内の小さい孔のリング38によって向上される。ビ
ードは波節領域内に置かれるべきである(図示されてい
ない)。
【0009】図1及び図2でプレート2の波腹領域は、
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、及
びA9と番号を付けられたが、その様な領域の番号はた
だの例示であることが理解される。偶数番号の領域A
2、A4、A6、及びA8は穴のリング40を有し、穴の
数と大きさとは、プレートの機械的完全性をあまり侵す
事なしにこれらの領域の放射表面面積をかなり小さくす
るのに十分である。この偶数番号の領域の面積削減は、
これらの領域からの放射をかなり減らし、そして更に偶
数番号の領域に対して逆位相で振動する奇数番号の領域
からの放射の相殺を減らしもするが、一方で、穴はこれ
らの領域からの放射を更に減らし装置のQの制御を助け
る偶数番号の領域上に選択的な減衰効果を与え、大気へ
の整合を向上させる。
【0010】プレートの振動の振幅が中心から縁部に向
って急速に下がるので、穴が偶数番号の領域内で形成さ
れて領域A1からの放射の大きい振幅は、相殺されるの
に必要とされる以外にむしろ利用され得る事が好まし
い。振幅が低下する率は、プレートの厚さを半径方向に
変化させる事によって制御される事ができるが、設計及
び製造上の付加的な複雑さは、普通、その様な特徴を採
り入れる長所を上回るであろう。
【0011】孔のリングの大きさ、形状、間隔、及び位
置を変えて、変換器の周波数応答を調節する事ができ
る。孔は変換器の中心周波数に殆ど全く影響を及ぼさな
い。図1及び2で示された例で、波腹領域の幅(即ち波
節間の間隔)の約4分の3の直径を持ち、直径の約1.
4倍のピッチの間隔をとってリングに配置された丸い孔
40が使用される。これは約50%だけ波腹領域の面積を
減らすが、放射の減少は更にかなり大きい、それは放射
が最大であると思われる領域の中心部のこの減少が集中
されるためと、孔の減衰効果のためとの両方の理由に因
る。孔の形状及び間隔は、変換器の極パターン(polar p
attern) と帯域幅の特性を調節する事と、(十分に低く
保って過度のリンギング(ringing) を防がれなければな
らない)Qを最善の状態にして帯域幅を向上させる事
と、変換器に印加される電気エネルギーを変換器によっ
て生成される音声ビームに転換する効率をできるだけ大
きく最良の状態にする事とを意図して、個々の単位内で
領域から領域へでさえ変化され得る。孔40はプレートの
放射特性に影響を及ぼさないだけでなく、その大気への
整合を向上させる事は評価されるべきである。それら
は、プレート内で曲りモードの波節及び波腹の場所に殆
ど影響を及ぼさないであろう。孔40の別々のリングの特
性は、多極フィルタの他の形状に幾分類似する様に変換
器の帯域特性を形成するために調節され得る。他の領域
での孔の大きさ、形状、及び数は、色々な領域からの放
射の間の干渉によってほぼ決定される、変換器の極放射
パターンを調節するために、別々の領域から放射される
エネルギーの割合を制御する様に調節もされ得る。色々
なパラメータ間の相互作用は、最良の形状が理論上の音
響原理と変換器の望ましい特性とによって、経験に基い
て決定され、誘導されなければならないので複雑であ
る。図2に示される構成は、一般的な目的の使用に対し
て現在好ましいとされる構成を示す。通常、孔間の間隔
は、直径の約1.6倍よりも小さく、プレートの十分な
強度及び剛性を維持する、理論上で最小の或る直径より
も更に十分に大きいものであるべきであり、その直径は
隣接する波節間の間隔の約50%乃至100%であるべ
きである。
【0012】粒子物質がプレート2とフォイル34との間
に入って来ないという事は、作動の一貫性にとって重要
である。なぜならば、これは変換器の特性を変えるであ
ろう機械的相互作用をもたらし得るからである。従って
有害な粒子物質が存在し得る環境で使用される変換器
は、変換器の作動に対して危険性を示すのに十分大きい
粒子を排除するのに効果的であるほぼ音響的に透過性の
ある被覆層44をプレートの正面に具備する事が好まし
い。被覆層44に対して適切な材料は、商標名ゴレテック
ス(GORETEX )で販売されるものの様なミクロン大の腔
を有するポリテトラフロロエチレン(polytetrafluoroe
thylene )の織物である。
【0013】変形実施例が上で説明された構成に於て可
能である。例えば、フランジ30或いは層32からの前方突
出部が孔40内へ延在し、更にスタインブランナ他の特許
で開示されるものと類似点のあるプレート2の正面にマ
スク・リングの様な構成を支持するのに使用され得る。
これは、本発明の多くの長所を保持しつつ、偶数番号の
波腹領域からの放射の更に完璧な抑制を可能にし得る
が、変換器の構造はかなり複雑になるであろう。
【0014】孔40は、円形以外の、例えば正方形、扇
形、六角形、或いはダイヤモンド形等、広範囲な形状で
あり得、また色々な形状の小さい孔の2つ、4つ、或い
は他の数のグループで形成され得る。しかし我々は、形
成し易い円形の孔以上の大きな長所を有する形状は無い
のであり、正方形の孔では僅かに劣った機能をもたらす
ように思われる事に留意するべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の変換器の直径方向断面図。
【図2】図1の変換器の放射プレートの放射表面の平面
図。
【符号の説明】
2, 3…プレート、4…駆動支柱、6…ねじ(支柱)、
7…ワッシャ、8,16 …ブロック、10…環状要素、12,1
4 …伝導性詰め金、18…ボルト、20…変換器、22…ハウ
ジング、24…ケーブル、26…コルク、28…埋め込み用樹
脂、30…フランジ、32…消音材料、34…フォイル、36…
ビード、38…孔、40…腔、A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9
…波節領域。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 システムのほぼ作動周波数でより高い撓
    みモードの共振を有する全体的に平な放射プレートと、
    プレートよりもかなり小さい有効面積を持ち、その波腹
    領域に結合させられる変換器要素とを具備する、大雑把
    に調整された指向性変換器システムに於て、プレートの
    放射表面の交互の波腹領域が、その様な各領域の面積の
    かなりの部分を占め、それによってその様な領域の放射
    面積をかなり小さくする穴のリングを形成する改良型変
    換器システム。
  2. 【請求項2】 ハウジングが変換器要素を具備し、変換
    器要素がプレートの中心に結合させられ、プレートが円
    形であり、ハウジングが放射表面と反対側のプレートの
    後方表面と背中合せになっているフランジを具備し、プ
    レートの後方表面が周囲を仲介しており、その中心がフ
    ランジとの如何なる機械的結合からも自由である請求項
    1記載の変換器システム。
  3. 【請求項3】 フランジが消音材料で被覆され、プレー
    トに粘着したフィオル材料が消音材料とプレートの間に
    置かれる請求項1記載の変換器システム。
  4. 【請求項4】 プレートの周囲がフランジに可撓的に接
    着される請求項3記載の変換器システム。
  5. 【請求項5】 プレートの放射表面が、粒子材料をほぼ
    通さない音響的にほぼ透過性の材料の織物によって被覆
    される請求項2の変換器システム。
  6. 【請求項6】 その織物がミクロン大の細穴を有する織
    物である請求項5記載の変換器システム。
  7. 【請求項7】 穴が円形の孔である請求項1記載の変換
    器システム。
  8. 【請求項8】 孔が、それらが形成される波腹領域の幅
    の約4分の3の直径を有する請求項7記載の変換器。
  9. 【請求項9】 孔がそれらの直径の約1.4倍のピッチ
    を有するように間隔をあけられる請求項8の変換器。
  10. 【請求項10】 波腹領域を中心部で1から始まる番号
    で呼称し、偶数番号の領域内に穴が形成される請求項2
    の変換器。
JP5220313A 1992-09-04 1993-09-03 音響変換器 Pending JPH077796A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US941201 1992-09-04
US07/941,201 US5218575A (en) 1992-09-04 1992-09-04 Acoustic transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH077796A true JPH077796A (ja) 1995-01-10

Family

ID=25476089

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5220313A Pending JPH077796A (ja) 1992-09-04 1993-09-03 音響変換器

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EP (1) EP0590799B1 (ja)
JP (1) JPH077796A (ja)
AT (1) ATE164468T1 (ja)
AU (1) AU646625B1 (ja)
CA (1) CA2105491C (ja)
DE (1) DE69317616T2 (ja)
DK (1) DK0590799T3 (ja)
ES (1) ES2115728T3 (ja)
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